螺杆钻具结构及功能

1、培训提纲培训提纲螺杆钻具简介螺杆钻具简介螺杆钻具结构及功能螺杆钻具结构及功能其他组件及功能其他组件及功能培训提纲培训提纲螺杆钻具简介螺杆钻具简介螺杆钻具结构及功能螺杆钻具结构及功能其他组件及功能其他组件及功能螺杆钻具产品简介螺杆钻具产品简介n螺杆钻具螺杆钻具+PDC+PDC钻头、螺杆钻具钻头、螺杆钻具+ +牙轮钻头进行钻井提速在全国牙轮钻头进行钻井提速在全国各油田全面展开各油田全面展开n螺杆钻具对螺杆钻具对ROPROP提速效果普遍在提速效果普遍在30%30%以上，甚至超过以上，甚至超过100%100%n最普遍使用的导向工具最普遍使用的导向工具螺杆钻具产品简介螺杆钻具产品简介 螺杆钻具，又称定排

2、量马达，是一种以钻井螺杆钻具，又称定排量马达，是一种以钻井液为动力液的井下动力钻具，为容积式马达。液为动力液的井下动力钻具，为容积式马达。 泥浆泵泵出的钻井液从钻柱进入螺杆钻具的泥浆泵泵出的钻井液从钻柱进入螺杆钻具的马达，在马达的两端形成一定压力差，推动马达马达，在马达的两端形成一定压力差，推动马达的转子旋转，并将扭矩和转速通过万向轴和传动的转子旋转，并将扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头。轴传递给钻头。螺杆钻具产品简介螺杆钻具产品简介u 直螺杆钻具主要用于直井钻井直螺杆钻具主要用于直井钻井提速，导向螺杆钻具主要用于定提速，导向螺杆钻具主要用于定向井、水平井的造斜、稳斜或复向井、水平井的造

3、斜、稳斜或复合钻提速等。合钻提速等。u 螺杆钻具可分为常规直钻具和螺杆钻具可分为常规直钻具和导向螺杆钻具两大类。导向螺杆钻具两大类。螺杆钻具产品简介螺杆钻具产品简介 导向螺杆钻具导向螺杆钻具-为了钻出一定斜度和方位的井眼，控为了钻出一定斜度和方位的井眼，控制井眼的轨迹，螺杆钻具带有一定的弯度，螺杆钻具的万制井眼的轨迹，螺杆钻具带有一定的弯度，螺杆钻具的万向轴壳体设计为弯壳体，一般为向轴壳体设计为弯壳体，一般为03的弯度，来达到一定的弯度，来达到一定的造斜率要求。的造斜率要求。单弯导向螺杆钻具单弯导向螺杆钻具万向轴万向轴弯壳体弯壳体u单弯螺杆钻具单弯螺杆钻具-弯壳体的角度是固定的，即每一根螺杆弯

4、壳体的角度是固定的，即每一根螺杆钻具具有一定的结构弯角，通常完成一定曲率半径的某一钻具具有一定的结构弯角，通常完成一定曲率半径的某一井段的钻井作业。而不同井段曲率半径变化较大时，需更井段的钻井作业。而不同井段曲率半径变化较大时，需更换螺杆钻具，达到不同的造斜率要求。换螺杆钻具，达到不同的造斜率要求。螺杆钻具产品简介螺杆钻具产品简介u 可调弯螺杆钻具可调弯螺杆钻具-可以在钻井平台上随意可以在钻井平台上随意调整，从而获得满意的造斜、纠偏及直井钻进调整，从而获得满意的造斜、纠偏及直井钻进的能力。减少工具的储备量、提高螺杆钻具的的能力。减少工具的储备量、提高螺杆钻具的使用率、缩短钻井周期、降低作业成本

5、。使用率、缩短钻井周期、降低作业成本。可调弯导向可调弯导向螺杆钻具螺杆钻具u目前可调弯壳体的调整角度一般为目前可调弯壳体的调整角度一般为03，可以满足钻井造斜率要求。可以满足钻井造斜率要求。北京北京国际石油展上展出的螺杆钻具国际石油展上展出的螺杆钻具螺杆钻具产品简介螺杆钻具产品简介培训提纲培训提纲螺杆钻具简介螺杆钻具简介螺杆钻具结构及功能螺杆钻具结构及功能其他组件及功能其他组件及功能螺杆钻具基本结构螺杆钻具基本结构0旁通阀总成旁通阀总成n旁通阀旁通阀* *n螺杆对外接口螺杆对外接口n钻井液流向改变钻井液流向改变旁通阀旁通阀* *是螺杆钻具最上部的部件，是与外部的沟通与转换的部件是螺杆钻具最上部

6、的部件，是与外部的沟通与转换的部件旁通阀旁通阀旁通阀总成旁通阀总成旁通阀总成旁通阀总成 弹簧弹簧 弹簧精密计算，反复试验弹簧精密计算，反复试验确保阀的动作灵敏可靠确保阀的动作灵敏可靠旁通阀总成旁通阀总成当当泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通阀孔，泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通阀孔，此时泥浆流经马达，使其转变成机械能此时泥浆流经马达，使其转变成机械能。当泥浆流量值过小或停泵时，所产生的压力不足以克服弹簧力和当泥浆流量值过小或停泵时，所产生的压力不足以克服弹簧力和静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔又处于开启位置。静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔又处于开启位

7、置。旁通阀总成旁通阀总成有旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位置，有旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位置，使钻柱中泥浆循环绕过马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于井台上。使钻柱中泥浆循环绕过马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于井台上。 正常钻进时，旁通阀会自动关闭。此时泥浆流经马达，把压力能转正常钻进时，旁通阀会自动关闭。此时泥浆流经马达，把压力能转换为机械能。换为机械能。阀阀 体体阀阀 芯芯阀阀 口口弹弹 簧簧阀阀 套套旁通阀总成结构旁通阀总成结构阀关闭阀关闭 阀旁通阀旁通马达总成马达总成n马达总成马达总成n螺杆钻具心脏螺杆钻具心脏n决定动力性能决定动力性能马达总成

8、决定一台螺杆钻具能输出怎样的扭矩和转速。马达总成决定一台螺杆钻具能输出怎样的扭矩和转速。马达决定性能马达决定性能耐油耐油耐温耐温耐腐蚀耐腐蚀大扭矩大扭矩大流量大流量油基油基钻井液钻井液高温高温超高温超高温卤水卤水饱和盐水饱和盐水可钻性可钻性ROP需求需求携砂要求携砂要求动力需求动力需求马达总成马达总成定子是在钢管内壁上压注并粘结牢固的橡胶衬套。橡胶内孔具定子是在钢管内壁上压注并粘结牢固的橡胶衬套。橡胶内孔具有螺旋曲面的形状。有螺旋曲面的形状。转子是一根经过机械加工并经高硬度表面处理的螺杆，其上端转子是一根经过机械加工并经高硬度表面处理的螺杆，其上端是自由端，下端与万向轴相连。是自由端，下端与万

9、向轴相连。转子轴线和定子轴线间有一距离，称为偏心距，一般以转子轴线和定子轴线间有一距离，称为偏心距，一般以e 表示。表示。 定子壳体定子壳体 橡胶橡胶 转子转子马达总成马达总成根据钻井泥浆液要求：对转子表面镀铬处理，适用于水基根据钻井泥浆液要求：对转子表面镀铬处理，适用于水基泥浆和油基泥浆；对转子表面喷涂碳化钨，适用于饱和盐泥浆和油基泥浆；对转子表面喷涂碳化钨，适用于饱和盐水泥浆。水泥浆。根据井温要求：定子橡胶分根据井温要求：定子橡胶分普通定子普通定子和和高温定子高温定子两种。两种。适应排量要求：转子分适应排量要求：转子分实心转子实心转子和和中空转子中空转子两种。两种。定子定子转子转子马达总成

10、马达总成定子定子橡胶工艺橡胶工艺控制步骤如下图所示控制步骤如下图所示u全检全检u泥浆浸泡试验泥浆浸泡试验u返炼返炼u快检快检u预热预热u粘接粘接u喷砂喷砂u密炼密炼u成分检验成分检验u注胶注胶u清洗清洗u硫化硫化u冷却冷却u拆模拆模马达总成马达总成马达马达转子的螺旋线有转子的螺旋线有单头单头和和多头多头之分（定子的螺旋线头数之分（定子的螺旋线头数比转子多比转子多1 1）。转子的）。转子的头数头数越少，越少，转速转速越高，越高，扭矩扭矩越越小；小；头数头数越多，越多，转速转速越低，越低，扭矩扭矩越大越大。 可根据用户需求，制造转子头数与定子头数比为可根据用户需求，制造转子头数与定子头数比为 1:

11、21:2、3:43:4、5:65:6、7:87:8、9:10 9:10 的马达，下图是几种的马达，下图是几种典型典型马达配合的截面马达配合的截面轮廊：轮廊： 马达总成马达总成 根据马达线型理论研究结论可知，转子线型和定子线型是根据马达线型理论研究结论可知，转子线型和定子线型是一对摆线类共轭曲线副，常用的马达转子若为一对摆线类共轭曲线副，常用的马达转子若为N N头摆线线型，头摆线线型，则定子为则定子为N+1N+1摆线线型；转子和定子曲面的螺距相同，导程之摆线线型；转子和定子曲面的螺距相同，导程之比为比为N/N/（N+1N+1）。）。 12马达总成马达总成 马达中转子与定子相互啮合，用两者的导程差

12、而形成马达中转子与定子相互啮合，用两者的导程差而形成螺旋密封腔，以完成能量转换。为了确保密封效果，转子螺旋密封腔，以完成能量转换。为了确保密封效果，转子与定子之间的配合尺寸与不同井深、井温有关，在选择钻与定子之间的配合尺寸与不同井深、井温有关，在选择钻具时应按不同井况选用不同型号马达。具时应按不同井况选用不同型号马达。马达总成马达总成转子转子-带喷嘴的中空转子；带喷嘴的中空转子；n 马达马达的总流量应等于流经马达密封腔流量和流经转子喷嘴流量的的总流量应等于流经马达密封腔流量和流经转子喷嘴流量的总和；总和； n 流量流量过大过大，转子会，转子会超速超速运转，定子和转子会出现提前损坏运转，定子和转

13、子会出现提前损坏，流量，流量过小过小，马达将马达将停止停止转动转动；n 选择选择转子喷嘴尺寸时，应确保马达密封腔流量始终转子喷嘴尺寸时，应确保马达密封腔流量始终保持或高于保持或高于最小推荐最小推荐流量值，这样才能使马达正常运转。流量值，这样才能使马达正常运转。 马达总成马达总成 功能功能：当具有一定能量的压力当具有一定能量的压力液进入转、定子形成的密封腔时，液进入转、定子形成的密封腔时，转转子子在压力泥浆的驱动下，绕定子轴线在压力泥浆的驱动下，绕定子轴线旋转，完成液体压力能向机械能的转旋转，完成液体压力能向机械能的转化，为钻头提供动力。化，为钻头提供动力。液压能液压能机械能机械能万向轴总成万向

14、轴总成n万向轴总成万向轴总成n运动转换运动转换n控制造斜定向控制造斜定向万向轴总成是螺杆钻具实现造斜导向的关键部件。万向轴总成是螺杆钻具实现造斜导向的关键部件。球铰式球铰式活瓣式活瓣式挠轴式挠轴式万向轴总成万向轴总成 万向轴总成由两个元件组成：万向轴总成由两个元件组成：壳体壳体和万向和万向轴轴轴体轴体。壳体通过上、下螺纹分别和马达定子。壳体通过上、下螺纹分别和马达定子壳体下端及传动轴壳体上端连接。壳体下端及传动轴壳体上端连接。 普通直螺杆钻具的万向轴壳体无结构弯角，普通直螺杆钻具的万向轴壳体无结构弯角，而弯壳体螺杆钻具的万向轴壳体则是一个带有结而弯壳体螺杆钻具的万向轴壳体则是一个带有结构弯角的

15、构弯角的弯壳体弯壳体。可被弯壳体可被弯壳体或可调弯壳或可调弯壳体代替体代替万向轴总成万向轴总成活瓣活瓣外球座外球座内球座内球座连接杆连接杆活瓣式万向轴活瓣式万向轴活瓣式万向轴活瓣式万向轴作为一种常见的型式，其工作寿命主要受作为一种常见的型式，其工作寿命主要受活瓣瓣齿切割形态及表面处理工艺的影响。活瓣瓣齿切割形态及表面处理工艺的影响。万向轴总成万向轴总成采用数控火焰切割机床采用数控火焰切割机床精确精确控制控制瓣齿齿形；瓣齿齿形；活瓣式活瓣式万向轴万向轴通过通过理化分析理化分析、晶向分析晶向分析、产品试验产品试验，提高瓣齿，提高瓣齿热处热处理层理层质量、厚度及硬度。质量、厚度及硬度。万向轴总成万向

16、轴总成球铰球铰式万向轴式万向轴球铰式球铰式万向轴与活瓣式万向万向轴与活瓣式万向轴工作时均属于研磨磨损，轴工作时均属于研磨磨损，球铰式的特点是将研磨件保球铰式的特点是将研磨件保护在油密封中，避免泥浆中护在油密封中，避免泥浆中固相物质的附加磨蚀。固相物质的附加磨蚀。球铰式万向轴采用优质钢球、球铰式万向轴采用优质钢球、球窝表面处理工艺提高其耐球窝表面处理工艺提高其耐磨性；优质橡胶提供良好的磨性；优质橡胶提供良好的密封油套。密封油套。万向轴总成万向轴总成钛金属钛金属具有与优质合金结具有与优质合金结构钢相当的机械性能，同时构钢相当的机械性能，同时具有较低的弹性模量，因此具有较低的弹性模量，因此可在较小的

17、尺度实现挠动。可在较小的尺度实现挠动。钛合金万向轴钛合金万向轴采用进口优质钛合金制造的采用进口优质钛合金制造的钛合金挠轴钛合金挠轴，在完美实现，在完美实现动力传递的同时，完全不存动力传递的同时，完全不存在磨损问题，具有极长的使在磨损问题，具有极长的使用寿命。用寿命。万向轴总成万向轴总成 功能功能：将做行星运动的：将做行星运动的转子转子和做定轴和做定轴转动的转动的传动轴传动轴连接起来，把马达转子的连接起来，把马达转子的平平面行星面行星运动转化为传动轴的运动转化为传动轴的定轴定轴转动，同转动，同时把马达的输出扭矩及转速通过传动轴传递时把马达的输出扭矩及转速通过传动轴传递到钻头。到钻头。传动轴总成传

18、动轴总成n传动轴总成传动轴总成n动力钻压载荷动力钻压载荷n改变钻井液流向改变钻井液流向传动轴总成是螺杆钻具主要承载部件。传动轴总成是螺杆钻具主要承载部件。型式结构型式结构泥浆润滑传动轴泥浆润滑传动轴油密封传动轴油密封传动轴常规钻井常规钻井低重度泥浆低重度泥浆高钻头压降高钻头压降欠平衡钻井欠平衡钻井高重度泥浆高重度泥浆低钻头压降低钻头压降传动轴总成传动轴总成 传动轴总成一般由壳体、水帽、传动轴、推力轴承、径向轴传动轴总成一般由壳体、水帽、传动轴、推力轴承、径向轴承及其他辅助零件组成。承及其他辅助零件组成。 推力轴承推力轴承用来承受钻具在各种工况下产生的用来承受钻具在各种工况下产生的轴向力轴向力。

19、径径向轴承组向轴承组则用于对传动轴进行则用于对传动轴进行扶正扶正，保证其正常工作位置。，保证其正常工作位置。水帽水帽径向径向轴承轴承推力轴承组推力轴承组传动轴传动轴传动轴壳体传动轴壳体传动轴总成传动轴总成传动轴总成传动轴总成传动轴总成传动轴总成 传动轴是螺杆钻具的关键传动轴是螺杆钻具的关键部件之一，静载荷较大，部件之一，静载荷较大，交变载荷频繁，工况恶劣交变载荷频繁，工况恶劣 传动轴不仅采用高强度合传动轴不仅采用高强度合金结构钢，而且通过理论金结构钢，而且通过理论计算、有限元分析，减少计算、有限元分析，减少危险截面数，降低危险截危险截面数，降低危险截面应力分布，提高轴的安面应力分布，提高轴的安

20、全系数，有效保证了传动全系数，有效保证了传动轴的作业安全。轴的作业安全。防掉总成防掉总成防掉总成防掉总成防掉总成防掉总成 BPMBPM螺杆钻具拥有可靠的螺杆钻具拥有可靠的3 3层防掉结构，为客户提层防掉结构，为客户提供坚固的安全底线供坚固的安全底线 第一层，转子上端，保护转子以下各壳体安全第一层，转子上端，保护转子以下各壳体安全 第二层，水帽部位，保护水帽以上各轴体安全第二层，水帽部位，保护水帽以上各轴体安全 第三层，传动轴处，保护传动轴危险截面安全第三层，传动轴处，保护传动轴危险截面安全防掉总成防掉总成BPMBPM防掉结构，反馈灵敏，一旦发生井下事故，立管防掉结构，反馈灵敏，一旦发生井下事故

21、，立管压力急剧上升，警示操作者，甚至切断泥浆泵安全压力急剧上升，警示操作者，甚至切断泥浆泵安全销，避免落井事故销，避免落井事故培训提纲培训提纲螺杆钻具简介螺杆钻具简介螺杆钻具结构及功能螺杆钻具结构及功能其他组件及功能其他组件及功能代用接头代用接头过渡接头过渡接头浮阀浮阀其他组件及功能其他组件及功能代用接头代用接头万向轴弯壳体万向轴弯壳体可调弯壳体可调弯壳体可换稳定器可换稳定器万向轴弯壳体万向轴弯壳体弯点的位置可弯点的位置可以按用户要求设置在弯壳体以按用户要求设置在弯壳体的上部或者下部。对于同样的上部或者下部。对于同样的角度，下部弯点的偏移距的角度，下部弯点的偏移距小，造斜率高。小，造斜率高。其

22、他组件及功能其他组件及功能代用接头代用接头万向轴弯壳体万向轴弯壳体可调弯壳体可调弯壳体可换稳定器可换稳定器万向轴弯壳体（上弯）万向轴弯壳体（上弯）万向轴弯壳体（下弯）万向轴弯壳体（下弯）万向轴弯壳体万向轴弯壳体万向轴壳体上具有两个方向相同的共面弯角。万向轴壳体上具有两个方向相同的共面弯角。万向轴壳体具有方向相反的两个共面角度，万向轴壳体具有方向相反的两个共面角度，通常下部弯角的度数是上部弯角度数的两倍。这种结构具通常下部弯角的度数是上部弯角度数的两倍。这种结构具有弯角大而偏移距小的特点，造斜率高。有弯角大而偏移距小的特点，造斜率高。其他组件及功能其他组件及功能代用接头代用接头万向轴弯壳体万向轴

23、弯壳体可调弯壳体可调弯壳体可换稳定器可换稳定器可调弯壳体可调弯壳体BPMBPM可调弯壳体规格可调弯壳体规格95mm(3 3/4inch)95mm(3 3/4inch)100mm(3 7/8inch)100mm(3 7/8inch)120mm(4 3/4inch)120mm(4 3/4inch)127mm(5 inch)127mm(5 inch)165mm(6 1/2inch)165mm(6 1/2inch)172mm(6 3/4inch)172mm(6 3/4inch)197mm(7 3/4inch)197mm(7 3/4inch)203mm(8 inch)203mm(8 inch)216mm(8 1/2inch)216mm(8 1/2inch)244mm(9 5/8inch)244mm(9 5/8inch) BPMBPM可调弯壳体有可调弯壳体有螺纹联接螺纹联接和和齿式齿式连接连接两种形式。两种形式。 可调弯角可以根据钻井工艺调整，可调弯角可以根据钻井工艺调整，但小规格螺杆可调范围大，大规格但小规格螺杆可调范围大，大规格螺杆可调范围小。螺杆可调范围小。其他组件及功能其他组件及功能代用接头代用接头万向轴弯壳体万向轴弯壳体可调弯壳体可调弯壳体可换稳定器可换稳定器可调弯壳体可调弯壳体其他组件及功能其他组件及功能代用接头代用接头万向轴弯壳体万向轴